JP2013050150A - エアスピンドル - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造でエアスピンドルの回転体を冷却できるようにする。
【解決手段】回転体であるハウジング２の内周面の、固定軸１の突出部１ａと対向する位置に凹部２１を形成する。突出部１ａの両側に静圧気体軸受３を配置する。突出部１ａの軸方向中央位置に、凹部２１と排気路１３を連通する連通路１４を設ける。凹部２１と静圧気体軸受３との間に気体導入隙間５を形成する。ラジアル軸受面３１を通った気体は、積極的に気体導入隙間５から凹部２１に入り、凹部２１に溜まった気体で回転するハウジング２が冷却される。
【選択図】図１

Description

この発明は、エアスピンドル（軸と、ハウジングと、軸とハウジングとの間に配置されて、軸およびハウジングの一方である回転体を他方である固定体に対して回転可能に支持する静圧気体軸受と、を有する回転装置）に関する。

エアスピンドルは、軸と、ハウジングと、軸とハウジングとの間に配置されて、軸およびハウジングの一方である回転体を他方である固定体に対して回転可能に支持する静圧気体軸受と、を有する。前記固定体は、前記静圧気体軸受の軸受面に加圧気体を供給する気体供給経路と、前記軸受面を通った気体を回収して外部に排出する気体排出経路を有する。

これにより、加圧気体が固定体に形成された気体供給経路から静圧気体軸受の軸受面に供給されることで、静圧気体軸受が機能し、軸受面を通った気体が気体排出経路に排出される。このようなエアスピンドルを高温下で使用する場合には、回転体を冷却して温度上昇を抑制する必要がある。回転体の冷却方法としては、固定体内部に別経路で冷却媒体を流したり、回転体の外部に冷却機構を設けたりする方法があるが、より簡単な構造で回転体を冷却できるようにすることが求められている。

特許文献１には、ビルトインモータで回転駆動されるエアスピンドルの場合に、静圧気体軸受からの気体を、ハウジング（固定体）に設けた排気経路を介してビルトインモータ内に導き、静圧気体軸受の軸受面を通った気体でビルトインモータを冷却することが記載されている。
特許文献２には、ビルトインモータを有するエアスピンドルであって、エアスピンドルの軸受ハウジングとモータハウジングにエア導入通路を設け、ラジアル軸受およびスラスト軸受から排出されたエアを前記エア導入通路からモータに導いて、モータの冷却を行うことが記載されている。

特許文献３には、エアスピンドルの固定体（支持軸）に軸方向一端から中央部まで延びる気体排出経路（排気孔）を設け、この排気孔により、静圧気体軸受の軸受面を通った気体を回収して外部に排出することが記載されている。この排気孔の軸方向中央部の端部は径方向に曲がり、支持軸に設けた一対のつば部と支持軸の外周面と回転体の内周面とで形成される空間部に開口している。

特開平９−２５７０３７公報 特開２０００−３０４０４９公報 特開平９−１５８９５０号公報

この発明の課題は、簡単な構造でエアスピンドルの回転体を冷却できるようにすることである。

上記課題を解決するために、この発明のエアスピンドルは、軸と、ハウジングと、軸とハウジングとの間に配置されて、軸およびハウジングの一方である回転体を他方である固定体に対して回転可能に支持する静圧気体軸受と、を有し、前記固定体は、前記静圧気体軸受の軸受面に加圧気体を供給する気体供給経路と、前記軸受面を通った気体を回収して外部に排出する気体排出経路を有し、前記固定体はラジアル方向（軸に垂直な方向）への突出部を有し、前記静圧気体軸受は、軸方向で前記突出部を挟んだ両側に配置され、前記回転体は、前記固定体の前記突出部と対向する位置に、前記軸受面を通った気体を導入する凹部（冷却溝）を有し、前記凹部が前記気体排出経路と連通していることを特徴とする。

この発明のエアスピンドルでは、前記静圧気体軸受の軸受面を通った気体が前記回転体の前記凹部に溜まるため、この凹部に溜まった気体により前記回転体が冷却される。前記凹部には前記軸受面を通った気体が連続的に導入されるため、前記凹部に入った気体は一定時間この凹部にとどまって前記回転体の熱を吸収した後、前記気体排出経路に回収されて外部に排出される。

前記凹部と前記静圧気体軸受との間に、気体導入隙間（設定された寸法の隙間）を有すると、前記静圧気体軸受の軸受面を通った気体が前記凹部に積極的に導入される。
前記凹部が前記突出部の軸方向中央位置で前記気体排出経路と連通していると、前記凹部内の気体が均一に冷却される。
前記凹部が前記回転体の周方向全体に形成されていると、前記凹部に導入される気体の量が多くなるため、前記凹部内の気体による冷却効率が高くなる。

この発明のエアスピンドルによれば、固定体内部に別経路で冷却媒体を流したり、回転体の外部に冷却機構を設けたりすることなく、簡単な構造で回転体を冷却できる。

第１実施形態のエアスピンドルを示す断面図である。 図１の部分拡大図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 第２実施形態のエアスピンドルを示す断面図である。

以下、この発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
この実施形態のエアスピンドルは、軸が固定体でハウジングが回転体の例であり、図１〜３に示すように、固定軸（固定体）１と、細長い円筒状のハウジング（回転体）２と、固定軸１とハウジング２との間に配置された１対の静圧気体軸受３と、１対の円環状の端部材（回転体）４とで構成されている。
固定軸１は、ハウジング２の軸方向中央部に配置される部分に、ラジアル方向への突出部１ａを有する。１対の静圧気体軸受３は円筒体からなり、軸方向で固定軸１の突出部１ａを挟んだ両側の部分（軸受部）１ｂに外嵌されている。

静圧気体軸受３は、ハウジング２の内周面と対向するラジアル軸受面３１と、端部材４と対向するアキシアル軸受面３２を有する。静圧気体軸受３の軸方向中央部に、径方向に貫通する排気穴３５が形成されている。排気穴３５は周方向の複数箇所に形成されている。静圧気体軸受３の内周面には、軸方向で排気穴３５を挟んだ両側に、気体導入用の周溝３６が形成されている。

固定軸１の内部に、軸方向に延びる給気路（気体供給経路）１２と排気路（気体排出経路）１３が形成されている。固定軸１の突出部１ａの軸方向中央位置に、排気路１３から分岐して径方向に延び、突出部１ａの外周面に至る連通路（気体排出経路）１４が形成されている。
固定軸１の内部には、また、静圧気体軸受３の排気穴３５の位置に、排気路１３から分岐して径方向に延び、固定軸１の外周面に至る回収穴（気体排出経路）１５が形成されている。固定軸１の内部には、さらに、静圧気体軸受３の周溝３６の位置に、給気路１２から分岐して径方向に延びる給気穴（気体供給経路）１２ａが形成されている。

ハウジング２の内周面には、固定軸１の突出部１ａと対向する位置に凹部２１が形成されている。この凹部２１は周方向全体に形成されている。また、この凹部２１の軸方向寸法は、固定軸１の突出部１ａの軸方向寸法より少し短い。これにより、凹部２１と静圧気体軸受３との間に、気体導入隙間５が形成されている。この凹部２１は、固定軸１の突出部１ａに形成された連通路１４により、突出部１ａの軸方向中央位置で排気路１３と連通している。

端部材４は、図２に示すように、ハウジング２の軸方向端面との接触面を有する大径部４１と、ハウジング２の軸方向端部内に挿入される中径部４２および小径部４３とからなる。端部材４には、軸方向に延びる排気穴４４が形成されている。端部材４は固定軸１を内挿し、ハウジング２の軸方向両端に固定されている。静圧気体軸受３のアキシャル軸受面３２は、端部材４の小径部４３の端面と対向する面である。端部材４の小径部４３の外周面とハウジング２の内周面との間に気体排出隙間６が存在する。

この実施形態のエアスピンドルでは、外部から固定軸１の給気路１２に導入された加圧気体が、給気穴１２ａから静圧気体軸受３の内周溝３６に入り、静圧気体軸受３のラジアル軸受面３１とアキシアル軸受面３２に供給される。これにより、静圧気体軸受３が機能する。
ラジアル軸受面３１を通った気体は、気体導入隙間５から積極的に凹部２１に入って凹部２１に溜まる。凹部２１に溜まった気体で回転するハウジング２が冷却される。凹部２１にはラジアル軸受面３１を通った気体が連続的に導入されるため、凹部２１に入った気体は一定時間この凹部２１にとどまってハウジング２の熱を吸収した後、連通穴１４から排気路１３に回収されて外部に排出される。

また、アキシアル軸受面３２を通った気体は、主に、気体排出隙間６から端部材４の排気穴４４を介して外部に排出される。さらに、排気穴３５から回収穴１５を介して排気路１３に回収される。排気路１３に回収された気体は外部に排出される。
この実施形態のエアスピンドルによれば、簡単な構造でハウジング（回転体）２が冷却される。また、ハウジング２に凹部２１を設けたことで、回転体であるハウジング２が軽量化される。

［第２実施形態］
この実施形態のエアスピンドルは、軸が回転体でハウジングが固定体の例であり、図４に示すように、軸（回転体）７と、軸７に外嵌された円筒体（回転体）７１と、１対の端部材（回転体）７２と、ハウジング（固定体）８と、円筒体７１と端部材７２とハウジング８との間に配置された１対の静圧気体軸受９とで構成されている。
ハウジング８は、円筒部８１の軸方向中央部の内周面にラジアル方向への突出部８２を有する形状である。１対の静圧気体軸受９は穴開き円板状で、軸方向でハウジング８の突出部８２を挟んだ両側に配置されている。静圧気体軸受９は、円筒体７１の外周面と対向するラジアル軸受面９１と、端部材７２と対向するアキシアル軸受面９２を有する。静圧気体軸受９の外周面に気体導入用の周溝９６が形成されている。

ハウジング８には、円筒部８１の軸方向に延びる第１の給気路（気体供給経路）８１ａと、第１の給気路８１ａと繋がり、円筒部８１の径方向に延びて円筒部８１の内周面に至る一対の第２の給気路（気体供給経路）８１ｂと、排気路（気体排出経路）８３が形成されている。１対の第２の給気路８１ｂは、１対の静圧気体軸受９の周溝９６の位置に配置されている。また、一方の第２の給気路８１ｂは円筒部８１の外周面で開口し、この開口部が、気体供給管を接続する雌ねじ穴８１ｃとなっている。排気路８３は、ハウジング８の軸方向中央（突出部８２が形成されている位置）を径方向に沿って貫通している。

円筒体７１の外周面には、ハウジング８の突出部８２と対向する位置に周溝（凹部）７１ａが形成されている。この周溝７１ａの軸方向寸法は、ハウジング８の突出部８２の軸方向寸法より少し短い。これにより、周溝７１ａと静圧気体軸受９との間に、気体導入隙間５０が形成されている。また、周溝７１ａは、突出部８２の軸方向中央位置で排気路８３と連通している。

端部材７２の外径は静圧気体軸受９の外径と同じであり、端部材７２の内径は軸７の外径と同じである。端部材７２はボルトで円筒体７１の軸方向両端面に固定されている。
この実施形態のエアスピンドルでは、ハウジング８の雌ねじ穴８１ｃに接続された気体供給管から導入された加圧気体が、第２の給気穴８１ｂから静圧気体軸受９の外周溝９６に入り、静圧気体軸受９のラジアル軸受面９１とアキシアル軸受面９２に供給される。これにより、静圧気体軸受９が機能する。

そして、ラジアル軸受面９１およびアキシアル軸受面９２を通った気体は、積極的に気体導入隙間５０から周溝７１ａに入って周溝７１ａに溜まる。周溝７１ａに溜まった気体で、回転するハウジング２が冷却される。周溝７１ａにはラジアル軸受面９１およびアキシアル軸受面９２を通った気体が連続的に導入されるため、周溝７１ａに入った気体は一定時間この周溝７１ａにとどまって円筒体７１の熱を吸収した後、排気路８３から外部に排出される。
この実施形態のエアスピンドルによれば、簡単な構造で軸（回転体）７および円筒体（回転体）２が冷却される。また、円筒体７１に周溝７１ａを設けたことで、回転体である円筒体７１が軽量化される。

１ 固定軸（固定体）
１ａ 固定軸（固定体）の突出部
１ｂ 固定軸（固定体）の軸受部
１２ 給気路（気体供給経路）
１２ａ 給気穴（気体供給経路）
１３ 排気路（気体排出経路）
１４ 連通路
１５ 回収穴（気体排出経路）
２ ハウジング（回転体）
２１ 凹部
３ 静圧気体軸受
３１ ラジアル軸受面
３２ アキシアル軸受面
３５ 排気穴
３６ 周溝
４ 端部材（回転体）
４１ 端部材の大径部
４２ 端部材の中径部
４３ 端部材の小径部
４４ 排気穴
５ 気体導入隙間
５０ 気体導入隙間
６ 気体排出隙間
７ 軸（回転体）
７１ 円筒体（回転体）
７１ａ 周溝（凹部）
７２ 端部材（回転体）
８ ハウジング（固定体）
８１ ハウジング（固定体）の円筒部
８１ａ 給気路（気体供給経路）
８１ｂ 給気路（気体供給経路）
８１ｃ 雌ねじ穴（気体供給経路）
８２ ハウジング（固定体）の突出部
８３ 排気路（気体排出経路）
９ 静圧気体軸受
９１ ラジアル軸受面
９２ アキシアル軸受面
９６ 周溝

Claims (4)

1. 軸と、
   ハウジングと、
   軸とハウジングとの間に配置されて、軸およびハウジングの一方である回転体を他方である固定体に対して回転可能に支持する静圧気体軸受と、
   を有し、
   前記固定体は、前記静圧気体軸受の軸受面に加圧気体を供給する気体供給経路と、前記軸受面を通った気体を回収して外部に排出する気体排出経路を有し、
   前記固定体はラジアル方向への突出部を有し、
   前記静圧気体軸受は、軸方向で前記突出部を挟んだ両側に配置され、
   前記回転体は、前記固定体の前記突出部と対向する位置に、前記軸受面を通った気体を導入する凹部を有し、前記凹部が前記気体排出経路と連通していることを特徴とするエアスピンドル。
2. 前記凹部と前記静圧気体軸受との間に、気体導入隙間を有する請求項１記載のエアスピンドル。
3. 前記凹部は前記突出部の軸方向中央位置で前記気体排出経路と連通している請求項１記載のエアスピンドル。
4. 前記凹部は前記回転体の周方向全体に形成されている請求項１記載のエアスピンドル。

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